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基于S3C2440A的无线实时图像传输系统设计

2012年10月10日 11:03 次阅读

  摘 要: 提出了一种基于S3C2440A 的无线实时图像传输的设计方案,该方案利用S3C2440A 进行核心控制,通过USB2.0 控制器CY7C68013A 实现USB2.0 接口,通过nRF2401 实现无线数据收发。阐述该系统的工作原理、硬件构成及软件设计方案。

  1 引言

  随着信息化,智能化,网络化的发展,嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。进入20 世纪90 年代,嵌入式技术全面展开,目前已成为通信和消费类产品的共同发展方向。在通信领域,数字技术正在全面取代模拟技术。毫无疑问,模拟图像采集系统必将被数字图像采集系统所代替,其中的嵌入式图像采集系统由于其优越的性能越来越受到人们的关注。同时,在技术进步推动信息传递日趋无线化的背景下,无线图像传输也就成为了图像传输的前沿领域。对于边远的和可移动的系统,无线网络接入传输数据方式显得十分重要。本文介绍了采用nRF2401 作为传输手段的无线图像传输系统。该系统由无线照相机和图片接收器两部分组成,具有视频图像采集、压缩、传输和存储等功能。

  2 系统总体设计方案

  整个图像传输系统包括无线照相机和图片接收器两大部分。无线照相机主要由CMOS 摄像头、JPEG压缩编码和无线发射部分组成,图像采集部分用嵌入式处理器控制CMOS 摄像头采集图像数据并进行JPEG 压缩,再利用nRF2401 来传送处理过的图像信息。图片接收器接受完图片信息后,通过软件将图片文件存储在硬盘中,并将其显示在LCD 上。整个无线实时图像传输系统的结构如图1 所示。

  图1 无线实时图像传输系统结构图

  图1 无线实时图像传输系统结构图

  3 无线照相机的设计

  本文所设计的无线照相机采用了基于linux 2.6内核的嵌入式系统[1],它出色地完成了图像的采集、压缩及无线传输等功能。

  3.1 硬件设计

  嵌入式无线照相机由CMOS 摄像头,USB2.0 控制器CY7C68013A、nRF2401发射部分、S3C2440A嵌入式系统组成,如图2 所示。

  图2 嵌入式无线照相机系统硬件结构

  图2 嵌入式无线照相机系统硬件结构。

  3.1.1 CMOS 摄像头

  系统采用的CMOS 摄像头是网眼公司生产的网眼2000B,它采用的是OV511+7260 的摄像头方案,由于linux 2.6 源码中这两款芯片的驱动,给我们的设计带来了很大的方便。该摄像头的视像解像度为640(水平) x 480(垂直)像素,清晰度可以满足大部分的应用,它还具有良好的电源管理功能、完善的自动亮度、白平衡控制,并提供色彩饱和度、对比度、边缘增强、伽马表等高级数码影像控制功能。

  3.1.2 无线收发芯片nRF2401

  nRF2401 芯片和蓝牙芯片一样,都工作在2.4GHz 自由频段,有125 个频道,可满足多频及跳频需要。跳频通信具有抗干扰能力强,安全保密性好等特点。跳频信号谱密度低,淹没在噪声之中,加之跳频码的保密性,因而不易被窃听、破译。nRF2401支持多点间通信,最高传输速率超过1Mbit/s,而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用SoC 方法设计,只需少量外围元件便可组成射频收发电路。与蓝牙不同的是,nRF2401 没有复杂的通信协议,它完全对用户透明,同种产品之间可以自由通信。更重要的是,nRF2401 比蓝牙产品更便宜。所以nRF2401 是业界体积较小、功耗较少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。

  3.1.3 USB2.0 控制器CY7C68013A

  CYPRESS 公司推出的USB2.0 控制器CY7C68013A 是USB2.0 的完整解决方案。它既负责USB 事务处理也兼具微处理器的控制功能,也可作为USB 外部芯片的主控芯片。该芯片包括带8KB 片上RAM 的高速8051 单片机、4KB FIFO 存储器以及通用可编程接口(GPIF)、串行接口引擎(SIE)和USB2.0收发器,6 条可编程控制输出线,9 条地址输出线和6条通用目的地准备输入线;数据线宽度可为8 位或16位,其小巧的体积及较高的性价比使得该芯片在海量存储器、打印机、扫描仪和PCMCIA 等各种USB 设备上得到了广泛的应用。

  3.1.4 嵌入式处理器S3C2440A

  由于本系统采用的图像压缩是软件压缩,所以在选择嵌入式处理器的时候,需要衡量处理器的性能是否能胜任JPEG 压缩程序以及USB 数据的传送。在本系统中,嵌入式处理器采用韩国三星公司的基于ARM920T 内核的16/32 位RISC 嵌入式微处理器S3C2440A,主频高达400MHz,适合于图像、视频处理,主要面向高性价比、低功耗的应用。S3C2440内置有丰富的外设资源,其中包括:存储器、LCD、Camera、串口、IIC、IIS 和USB 等接口控制电路。
 

  3.2 软件设计

  我们选用嵌入式linux 操作系统,版本号为:2.6.12.

  它是本地图像采集程序、压缩程序、USB2.0 控制器CY7C68013A 驱动程序及其应用程序的运行平台。

  图3 主程序流程图

  图3 主程序流程图

  3.2.1 系统初始化

  系统初始化包括对芯片OV511、OV7260,USB2.0 控制器CY7C68013A , 无线收发芯片nRF2401 的初始化以及linux 系统的初始化。linux系统的初始化主要完成对CPU、SDRAM 等芯片的初始化,加载摄像头和USB2.0 控制器的驱动程序[5],为应用程序的执行做好准备。其它芯片的初始化主要对一些数据寄存器、地址寄存器、中断服务寄存器进行相应的操作。

  3.2.2 实时图像传输流程

  系统初始化完成之后,我们编写的应用程序控制摄像头驱动程序拍摄一幅图像信号,并保存在flash 盘中,程序流程如图4 所示,此时的图片文件是未压缩的PPM 格式,接着JPEG 压缩程序将PPM 格式的图片压缩成图片,如图5 所示,一幅分辨率为320*240的图片文件大小平均只有8KB,完全可以满足无线传输的需要,压缩完成之后,读取JPG 格式的图片文件,并将图像数据发送给USB2.0 控制器CY7C68013A的驱动程序,然后驱动程序再将数据写入USB2.0 控制器的端点缓冲器, 最后, USB2.0 控制器CY7C68013A 控制nRF2401 将端点缓冲器中的图像数据无线发送出去,程序流程如图6 所示。

  图4 图像采集程序流程图

  图4 图像采集程序流程图。

  图5 JPEG 压缩编码程序流程图

  图5 JPEG 压缩编码程序流程图

  图6 nRF2401 无线发送程序流程图

  图6 nRF2401 无线发送程序流程图

  整个系统中,由linux 操作系统完成对各个芯片的初始化、协调CPU 与其他芯片之间的工作,完成图像数据的读取、压缩及发送(如图3)。

  4 图片接收器的设计

  我们设计的图片接收器是基于PC 机的一种类似无线网卡的无线接收设备,完成图片信息的接收和显示,硬件结构和nRF2401 无线发射模块一样,都是用USB2.0 控制器CY7C68013A 控制nRF2401 进行无线传输,如图7 所示。

  图7 图片接收器结构

  图7 图片接收器结构

  USB2.0 控制器CY7C68013A 控制nRF2401 无线接收图像数据,程序流程如图8 所示,然后PC 机上的应用程序调用USB2.0控制器驱动中的读取函数接收图片数据并保存,最后将图片显示出来。如图9,10.

  图8 nRF2401 无线接收程序流程图

  图8 nRF2401 无线接收程序流程图。

  图9 像素:320×240.

  图9 像素:320&TImes;240.

  图10 像素:640×480 无线照相机。

  图10 像素:640&TImes;480 无线照相机。

  5 结论

  本系统的无线照相机采用32 位的高性能ARM 处理器S3C2440A 搭载2.6 内核的linux 嵌入式操作系统进行核心控制,出色地完成了图片的拍摄,压缩和无线传送。接收端将图片信息接收并保存在PC 机硬盘中,有必要的话也可以传到服务器上,进行远程监控。可应用于汽车防盗监控、无绳可视电话以及矿井作业监控等。因此,研制成功的无线实时图像传输系统具有广泛的应用前景和市场。

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CES2017:全地形蜘蛛六足机器人HEXA惊艳...

三星新款Tizen系统手机再次发布 23日上市

三星曾于一年多以前在印度市场上推出过一款运行Tizen操作系统的三星Z1智能手机,这款产品属于低端机...

发表于 2016-08-22 15:18 171次阅读
三星新款Tizen系统手机再次发布 23日上市

干货!智能照明无线传输2种协议深度对比分析

智能照明作为智慧工程重要组成部分,也是物联网体系中一个较好的应用呈现形式。以基于低功耗无线传输的智能...

发表于 2016-08-17 13:59 1187次阅读
干货!智能照明无线传输2种协议深度对比分析

印度本土操作系统超越iOS系统 成第二大智能操作...

Indus OS是印度的一款基于Android开发的操作系统。在2015年底,它在印度的市场份额已超...

发表于 2016-08-02 17:19 294次阅读
印度本土操作系统超越iOS系统 成第二大智能操作...

Fluke Connect Assets和Flu...

美国华盛顿州,埃弗里特2016年6月23日消息——Fluke Connect® Assets和Flu...

发表于 2016-07-07 14:59 271次阅读
Fluke Connect Assets和Flu...

传华为秘密开发自有操作系统 前诺基亚工程师帮忙

据The Information报道,为了降低对谷歌安卓系统的依赖,华为正在打造自有操作系统。作为世...

发表于 2016-06-23 14:21 534次阅读
传华为秘密开发自有操作系统 前诺基亚工程师帮忙

采用能量采集技术的无电池式低功耗蓝牙Beacon

在无线技术中, Beacon是一个广播消息的系统,目的是让附近的设备接收到这些消息。Beacon能够...

发表于 2016-06-07 18:06 481次阅读
采用能量采集技术的无电池式低功耗蓝牙Beacon

LED智能照明无线传输的两种协议对比

目前在低功耗无线传输领域所使用的协议有很多,还未形成统一的传输规范。下面以两个当前主流低功耗无线传输...

发表于 2016-02-01 09:41 1603次阅读
LED智能照明无线传输的两种协议对比

穿戴设备领域最有价值的三大技术

 近几年,可穿戴设备领域可谓百花齐放,各种酷炫的产品接踵而至。人们对于它们的关注似乎已经形成了一种习...

发表于 2015-12-25 09:36 2291次阅读
穿戴设备领域最有价值的三大技术

国产智能终端操作系统之殇:商业模式空白

无论是前几年想要摆脱微软统治的桌面操作系统,还是现在想要打破安卓、iOS垄断的智能终端操作系统,国产...

发表于 2015-11-30 09:34 409次阅读
国产智能终端操作系统之殇:商业模式空白

关于无线充电系统中线圈的设计考量

 我们都听说过TI、凌力尔特、IDT、东芝等许许多多公司为无线电力传输这个快速增长的市场开发的无线电...

发表于 2015-09-03 14:51 7401次阅读
关于无线充电系统中线圈的设计考量

广电总局禁令扩大范围:机顶盒只能用国产TVOS

国家新闻出版广电总局(以下简称“广电总局”)于近日发布通知,决定扩大TVOS智能电视操作系统在有线运...

发表于 2015-08-23 23:14 889次阅读
广电总局禁令扩大范围:机顶盒只能用国产TVOS

开发者启示:从鸡肋到智能,只有一步之遥

当下智能硬件热潮已经逐渐冷静下来,有不少曾经叫好的产品却并不叫座,消费者并没有轻易为这些聆郎满目的产...

发表于 2015-08-13 14:16 398次阅读
开发者启示:从鸡肋到智能,只有一步之遥

Windows10,打响一场微软保卫战

微软CEO萨提亚·纳德拉曾提到,目前微软的战略核心就是“移动为先”和“云为先”,微软之所以在移动端进...

发表于 2015-08-10 09:56 1376次阅读
Windows10,打响一场微软保卫战

消息称Windows10 的安装量已经达到250...

7月29日,微软正式发布了Windows 10操作系统,并随即开始了免费升级工作,所有正版Windo...

发表于 2015-08-09 12:43 206次阅读
消息称Windows10 的安装量已经达到250...

微软手机版Windows10有机会出头吗?

微软(Microsoft)终于发布其Windows 10操作系统了,但并不是针对所有的微软装置。如今...

发表于 2015-08-04 10:38 539次阅读
微软手机版Windows10有机会出头吗?

Windows10安装超6700万台 微软欲借免...

Windows 10(以下简称Win10)系统已经正式发行。据微软官方披露,Win10发布之后的24...

发表于 2015-08-03 07:38 223次阅读
Windows10安装超6700万台 微软欲借免...

东芝推出首款TransferJet SD卡极速传...

  据日本东芝消息称,东芝将于7月31日推出存储容量为16GB注1的新型无线SDHC存储卡,型号为S...

发表于 2015-07-27 11:56 433次阅读
东芝推出首款TransferJet SD卡极速传...

Wi-Fi基带芯片和Wi-Fi无线网卡设计方案

目前Wi-Fi芯片的发展趋势除了最高速率54Mbps的IEEE 802.11b/g基带芯片外,有下面...

发表于 2015-07-03 09:36 2210次阅读
Wi-Fi基带芯片和Wi-Fi无线网卡设计方案

互联网+大潮来袭,移动医疗跑步前进

 过去的数年间,对于传统行业来说,主要是考虑信息安全,数据存储,方便管理等因素,习惯采用有线网络运作...

发表于 2015-07-02 17:47 307次阅读
互联网+大潮来袭,移动医疗跑步前进

采用ZigBee和RFID技术的电子标签识别系统

 RFID(射频识别:Radio Frequency Identification) 是一种自动识别...

发表于 2015-07-01 11:41 1589次阅读
采用ZigBee和RFID技术的电子标签识别系统

智能家居核心之争:互联网企业得硬件者得天下

  当阿里用“Yun OS”连接一切的时候,腾讯用微信同样也串起了庞大的智能服务生态链;当百度智能家...

发表于 2015-07-01 09:29 295次阅读
智能家居核心之争:互联网企业得硬件者得天下

那些鲜为人知的非主流移动操作系统

以操作系统来说,Google Android及苹果(Apple)iOS两大龙头占据过半市场,其余则由...

发表于 2015-06-30 09:02 2954次阅读
那些鲜为人知的非主流移动操作系统

ZigBee将占稳智慧家庭市场一席之地

  智慧家庭联网技术众多,其中兼具低功耗、低成本且覆盖范围广的ZigBee技术正快速崭露头角。

发表于 2015-06-29 13:49 459次阅读
ZigBee将占稳智慧家庭市场一席之地

赛普拉斯新款带扩展内存的低功耗蓝牙解决方案可实现...

易用的PSoC® 4 BLE 和 PRoC™ BLE解决方案现提供具有256KB 闪存的型号

发表于 2015-06-17 18:07 451次阅读
赛普拉斯新款带扩展内存的低功耗蓝牙解决方案可实现...

专家解析,中国为什么没有自主智能终端

25日,智能终端与移动应用高峰论坛在贵州贵安召开,吸引到几乎全产业链的所以一线品牌企业参会。

发表于 2015-05-28 09:34 295次阅读
专家解析,中国为什么没有自主智能终端

挑战iOS?国产移动操作系统战果如何

从纯技术层面,要基于Linux等开源软件搞出国产操作系统并非不可能,但要真正取得成功,关键是市场能够...

发表于 2015-05-12 10:34 530次阅读
挑战iOS?国产移动操作系统战果如何

昔日手机霸主诺基亚能否东山再起?

近两日,诺基亚2016年重返手机市场的消息不绝于耳。消息是否属实并不重要,关键是诺基亚重返手机市场到...

发表于 2015-04-22 09:55 1219次阅读
昔日手机霸主诺基亚能否东山再起?

无人机操作系统也可以被随意定制?

眼下,无人机技术被越来越多的行业使用,因此它的确需要有一个平台,因此Airware花了四年时间研发出...

发表于 2015-04-20 11:31 1138次阅读
无人机操作系统也可以被随意定制?

在日本身上学教训:国产操作系统有必要吗?

近日,一则关于政府部门即将大规模采购国产操作系统的传闻不胫而走。有消息人士称,中国工程院院士倪光南曾...

发表于 2014-10-27 14:10 5715次阅读
在日本身上学教训:国产操作系统有必要吗?

阿里操作系统YunOS 3.0:拓展汽车和可穿戴...

升级后的YunOS将从手机、电视等终端设备拓展至汽车和可穿戴设备等泛智能硬件产品。

发表于 2014-10-21 14:41 458次阅读
阿里操作系统YunOS 3.0:拓展汽车和可穿戴...

嵌入式人脸识别门禁系统设计与实现

信息技术的迅猛发展给生活带来便利的同时,也给安全防范系统提出来越来越高的要求。

发表于 2014-10-21 12:11 672次阅读
嵌入式人脸识别门禁系统设计与实现